韓馨醇 王瑩 李雨潼 李澤卉 祁一萌

摘 ?要：竹子的竹青和竹黃兩部分含有豐富的木質(zhì)纖維素，具有良好的吸附能力和開發(fā)價值，實驗應用ICP-MS法測定三種不同竹類（紫竹、黃金竹、羅漢竹）的Cd、Pb、As、Hg四種重金屬元素，以及竹子作為吸附劑，測定吸附前后工業(yè)廢水中重金屬含量。該方法簡單便捷、靈敏度高、速度快，檢出限為0.006-0.151μg·g-1，各重金屬元素相對標準偏差小于2.351%，實驗結果表明竹子對Cu2+的吸附效果最好，其次是Cd2+、Pb2+。實驗結果同時發(fā)現(xiàn)竹子本身含有少量重金屬元素，可能是其生長土壤環(huán)境收到污染，或與大氣污染產(chǎn)生的酸雨有關。

關鍵詞：竹子;ICP-MS;重金屬;木質(zhì)纖維素

Abstract：The bamboo green and bamboo yellow parts of bamboo are rich in lignocellulose，which has good adsorption capacity and development value. The experiment uses ICP-MS to determine the Cd and Pb of three different bamboos（purple bamboo，golden bamboo，and Luo Han bamboo）. The four heavy metal elements，As，Hg，and bamboo are used as adsorbents to absorb heavy metal content in industrial wastewater before and after adsorption. The method is simple，convenient，sensitive and fast. The detection limit is 0.006-0.151μg·g-1，and the relative standard deviation of each heavy metal element is less than 2.351%. The experimental results show that bamboo has the best adsorption effect on Cu2+，followed by Cd2+，Pb2+. The experimental results also found that bamboo itself contains a small amount of heavy metal elements，which may be caused by pollution of the soil environment for its growth，or related to acid rain caused by air pollution.

Keywords：Bamboo;ICP-MS;Heavy metals;Lignocellulose

引言

近年來，重金屬污染是常見的一種水污染。隨著現(xiàn)代化工、冶煉技術等工業(yè)技術的快速發(fā)展，機械加工、礦山開采、鋼鐵金屬冶煉以及化工企業(yè)的生產(chǎn)都會產(chǎn)生大量含有重金屬離子的工業(yè)廢水。據(jù)測算，全世界每天工業(yè)生產(chǎn)中所排放的廢水約為3x108噸，這些物質(zhì)有未經(jīng)任何處理直接排入水體，有部分通過天氣變化伴隨風雨進入水體，一部分通過地下水進入水體。水是人類賴以生存的必要物質(zhì)，水污染勢必會影響人類的長存發(fā)展。重金屬是不可降解的有毒物質(zhì)，由于重金屬超標所帶來的食品安全問題日益增多，通過食物鏈進入餐桌，人攝取微量或者低濃度的重金屬離子都會對健康產(chǎn)生危害。因此，研究如何降低工業(yè)廢水中重金屬的含量，減輕重金屬離子對環(huán)境的污染具有重大意義。

而我國竹子產(chǎn)量世界第一，根據(jù)第九次全國森林資源清查結果顯示，竹林面積為641.16萬hm2，占森林面積的2.94%，是除木材外產(chǎn)量最為豐富、可再生的森林資源。因此，用竹子吸附廢水中的重金屬離子擁有來源廣、成本低的優(yōu)勢，不會造成自然生態(tài)資源的破壞與污染。竹子分為竹青和竹黃兩部分，竹青部分的纖維素約為42.9%、總木質(zhì)素為25.2%;竹黃部分的纖維素約為42.1%、總木質(zhì)素為24.7%，具有良好的開發(fā)價值。木質(zhì)纖維素是一種纖維狀、多毛細血管的高分子聚合物，其分子結構中具有羧基、氨基、羰基、芳香基、醇羥基、甲氧基、共軛雙鍵等多種活性功能基團，這些基團都可作為重金屬離子活性吸附位點;同時，木質(zhì)纖維素也是一種多孔性高分子的天然材料，從而對某些重金屬離子存在潛在吸附能力，吸附能力的大小與羧基、羰基、羥基、甲氧基等配位基的含量及其空間網(wǎng)絡結構有關。因此，本項目旨在研究竹子在廢水中對不同重金屬離子的吸附性。隨著時代的變遷，人們意識到自然資源并非取之不盡用之不竭，資源短缺日益嚴重、人類保護環(huán)境意識日益增強，天然可提取可再生的資源的發(fā)現(xiàn)及充分利用尤其重要，其高值化利用不僅能給社會生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟利益，而且也可以有效緩解甚至解決環(huán)境污染的問題。

1.材料與方法

1.1 儀器和試劑

Agilent7900電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（安捷倫科技樹有限公司）;微波消解儀（奧地利安東帕（中國）有限公司）;Airum 611di超純水器;IKA T25高速分散機;B211D電子天平（德國賽多利斯公司）。

HNO3，H2O2均為優(yōu)級純試劑;混合元素標準儲備液（5%介質(zhì)HNO3），內(nèi)含Pb、Hg、As、Cd、Fe、Ag、Cr、Cu元素濃度為100μg·mL-1，;混合元素內(nèi)標標準溶液（Bi、In、Rh、Ge、Sc、Th元素濃度為100μg·mL-1），調(diào)諧溶液（Li、Co、Y、Ce、Tl）濃度1μg·L-1。

紫竹（江蘇宿遷）、黃金竹（江蘇南京）、羅漢竹（江蘇徐州）;工業(yè)廢水;去離子水。

1.2 儀器的工作條件

使用調(diào)諧溶液對儀器進行調(diào)諧，優(yōu)化儀器的靈敏度和穩(wěn)定性，以達到檢測要求，優(yōu)化后的一起工作參數(shù)如圖表1所展示。

1.3 樣品前處理

因為竹子在運輸過程中會有少量灰塵，且灰塵會對檢測結果中所含有的重金屬離子含量影響偏大，所以，為了得到相對準確的重金屬含量，應先用去離子水清洗、曬干，再對長為30cm三種不同的竹類（紫竹、黃金竹、羅漢竹）進行預處理，將其用勻漿機打漿，裝入不同燒杯。

1.4 測定

在儀器最佳工作條件下，做各重金屬元素標準曲線，通過標準曲線對樣品進行分析測定。

2.結果與分析

2.1 不同竹類中重金屬元素含量的測定

在竹子的生長過程中，不免會富集吸收土壤中的無機元素，如促進竹子新陳代謝的K，促進竹子體內(nèi)生理活動的Ca，葉綠素中的重要組成成分Mg，竹子光合作用的重要元素Fe等有益于竹子生長的微量元素，所以我們將利用ICP-MS檢測竹子中重金屬元素含量，結果見表2。

2.2廢水中的不同種類的金屬離子含量的測定

準確取量20ml工業(yè)廢水樣品，將電感耦合等離子體質(zhì)譜儀開機，抽真空達到要求后，用質(zhì)譜調(diào)諧液調(diào)節(jié)儀器雙電荷、靈敏度、分辨率、氧化物等各項指標，為達到檢測要求，調(diào)諧P/A因子，在線加入內(nèi)標，編輯方法，等待儀器穩(wěn)定后將標準系列、全程序空白和樣品溶液引入儀器，根據(jù)標準曲線線性回歸方程計算工業(yè)廢水中重金屬元素含量如下表3所示。

2.3竹類吸附材料的吸附性實驗

進行對比實驗判斷不同方法下竹子吸附工業(yè)廢水含量的差別，實驗一：將不同種類的竹子切段，浸泡于廢水中，后檢測廢水中重金屬離子含量的變化。;實驗二：將同質(zhì)量的廢水灌入不同種類的竹子中，后檢測竹筒內(nèi)廢水的重金屬離子含量的變化。最后，比較兩種試驗后的重金屬離子種類及含量，探討兩種不同方法哪種對于廢水中重金屬離子的吸附性效率更高，結論如表4所示。

2.4方法準確度試驗

2.4.1檢出限及標準偏差

對黃金竹樣品重復測定3次，求得各個重金屬元素的檢出限、標準偏差，結果見表5。

3.結論

結果表明，采用微波消解方法處理三種不同竹類，采用ICP-MS測定其內(nèi)均Pb、Hg、As、Cd等有害重金屬元素，且不同竹類間所含有的同類重金屬元素差距不算顯著。該方法檢出限為0.006-0.151μg·g-1，平行測定三次，相對偏差小于2.351%。不同狀態(tài)的竹子對吸附廢水中重金屬離子的含量差別并不大，通過對比ICP-MS法測定出實驗前后廢水中重金屬含量Fe、Pb、Ag、Cr、Cu、Cd六種重金屬元素竹子含量的差別，得知竹子對廢水中重金屬離子Cu2+的吸附效果最好，其次是Cd2+、Pb2+，對其他重金屬離子均有吸附效果，但不明顯。

4.問題與展望

隨著社會的迅速發(fā)展，伴隨著工業(yè)的水平的突飛猛進，社會生產(chǎn)力得到較大提高，但同時，工業(yè)廢水的種類與數(shù)量也迅猛增加，水體污染的嚴重與廣泛，影響著人類生產(chǎn)生活，所以工業(yè)廢水的合理高效處理已然變成保護環(huán)境的重中之重，雖然自十九世紀末從歐洲開始，利用曝氣、化學沉淀法、萃取法等方法進行了大量的實驗探究與生產(chǎn)實踐，但由于許多工業(yè)廢水成分冗雜，性質(zhì)多變，至今一線技術問題仍然沒有解決，且工業(yè)廢水處理技術往往面臨著處理難度大，費用高，所需條件較高等客觀因素。因此，探索天然可再生可提取的資源的發(fā)現(xiàn)及充分利用尤其重要，竹子作為我國除木材外產(chǎn)量最豐富的森林資源，其利用價值自然應該受到廣泛關注，竹子內(nèi)含有豐富的廉價高效木質(zhì)纖維素，僅通過物理吸附也對Cu2、Cd2+、Pb2+等重金屬離子有較為明顯的吸附效果。所以，在未來重金屬廢水領域，竹子的吸附性也將有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻

[1] ?王寧，錢勤，曹莉君，倪張林，湯富彬.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定電鍍廢水中的8種重金屬，2014.

[2] ?姚曦，岳永德，湯鋒.竹葉中多種無機元素的ICP-MS測定，2009

[3] ?黃偉素，陸柏益，湯斫，胡銀洲.種類、產(chǎn)地、部位對竹葉中重金屬分布的影響，2013

[4] ?Baiyi Lu，Xiaoqin Wu，Xiaowi Tie，YuZhang，Ying Zhang.Toxicology and safety of anti-oxidant of bamboo leaves，Part 1;Acute and subchronic toxicity studies on anti-oxidant of bamboo leaves[J].Food and Chemical Toxicology，2005，43;783-792.

[5] ?馬占青，溫淑瑤.竹屑對水中重金屬的吸附性能研究，2018，37（4）：43-48

[6] ?蔣珊，周淼，鄧穩(wěn)，戴紅旗，房桂干，吳偉兵.木質(zhì)纖維紙基吸附材料及其重金屬離子吸附性能，2020

[7] ?DENGJH，YUKP，XIAO GG，et al. Research progress in the treatment of heavy metal wastewater by adsorption[J]，Industrial Water Treatment，2014，34（11）：4-7

[8] ?劉益片.ICP-OES 法測定工業(yè)廢水多種金屬元素探討，2018

[9] ?喻謹，湯鋒，岳永德，姚曦，王進.ICP-MS法分析10種箸竹屬竹葉中礦質(zhì)元素質(zhì)量分數(shù)，2015.

[10] ?張曉濤.木質(zhì)纖維素/層狀硅酸鹽納米復合材料的制備及吸附性能研究，2018

[11] ?付玉，王瑩，.CP-MS法測定橘皮、橘絡中微量元素，2018，39（6）：310-312

基金項目：沈陽師范大學2019年大學生創(chuàng)新訓練項目，（項目名稱：竹子在廢水處理中的應用;項目編號：201910166307;項目級別：校級選育）。

作者簡介：韓馨醇、李雨潼、李澤卉、祁一萌，女，遼寧人，沈陽師范大學化學化工學院，化學（師范）專業(yè);王瑩，女，遼寧人，沈陽師范大學化學化工學院，教授。